浅谈进化生物学

1浅谈进化生物学生命的起源，长久以来有不同看法,19世纪以前的“神创论”，把生命看成是神创造的;19世纪流行的“泛种论”认为生命是宇宙固有而“传播”到地球上来的等等。现代，通过大量科学实验以及对古老化石的研究，绝大多数科学家都同意，生命起源于元素的化学进化。生命就其本质而言也是物质的，它是物质存在和运动的一种特殊形式。地球的年龄约为45亿年。在原始地球的各种能量如太阳能、地球的凝聚能和热能、亲电等的作用下，无机物进化为有机物，低分子有机化合物进化为高分子有机化合物，最后大约在距今38亿年的太古宙初期，产生了具有遗传复制和新陈代谢能力的原始生命，实现了有机生命的无机诞生。最初的生命体属于单元细胞原核生物，只具有细胞的外形，没有细胞核。直到距今19亿年时，单元细胞的真核生物才出现，细胞结构趋于完善。学者们认为生命的起源与地球的形成是同源的，原始地球形成后，原始生命是通过地球表面的含C、H、0、N的一些化合物通过漫长的化学反应形成的，原始生命不来自宇宙空间，而是源于地表及其原始大气层。原始大气原始大气中含有二氧化碳、氨、甲烷、水蒸气、硫化氢和少量氢气等，特点是原始大气中没有游离的氧气。同时不断出现的宇宙射线、紫外线、闪电以及火山爆发等，为化学进化提供能量。经过一些列复杂的演化过程形成了氨基酸、核苷酸、卟啉等简单有机物，然后这些有机物在第二次合成的过程中就很容易合成，随着第一次倾盆大雨落在地面进入海洋，为蛋白质和核酸等生物大分子的起源奠定了基础。然后形成有机大分子以及多分子体系，最后发展成原始生命。所以说原始海洋是最初生命的发源地，而且海水可以阻止强烈的紫外线对原始生命的破坏作用，为原始生命的存在和发展提供了有利的条件。阶梯过渡模式根据奥地利学者休斯特的阶梯过渡模式，认为生命的形成由6个阶梯式步骤、由原始的化学结构过渡到原始细胞。我比较赞同这种说法。1、演化系统面临着“组织化危机”（即分散的、无组织的小分子如果不能初步组织起来就不能进入下一步的演化），克服这个“危机”是通过聚合作用，由不同的小分子聚合为杂聚合物。22、从无序的杂聚合物到多核苷酸，分子之间的选择作用有助于渡过“复杂性危机”。最早出现的核苷酸是以自身为模板来控制器复制的。这时类蛋白或多肽在多核苷酸复制中起催化作用，但其本身的合成并不依多核苷酸。3、多核苷酸进一步自组合成为一种较复杂的分子系统（分子准种）这时的多核苷酸还没有成为遗传载体。环境因素对这种分子系统有选择作用，多核苷酸考突变、选择渡过适应危机，形成分子准种。4、蛋白质合成被纳入多核苷酸自我复制系统中，这时多肽的结构依赖于多核苷酸上的碱基序列，最早的基因和遗传密码产生了，而这一关键性的步骤是通过上述所谓的超循环模式达到的。通过功能组织化，克服信息危机，分子准种形成更复杂的超循环组织。5、分隔结构的形成，是细胞演化的关键一步。新形成的多核苷酸基因系统必需个别地分隔开来，才能通过选择实现最优化，基因的翻译的产物接受选择作用，基因型与表型分离。但分隔结构要保持其特征延续需要使其内部的多核苷酸复制、蛋白质合成和新的分隔结构形成三者同步的过程。6、最后一步是原核细胞生命（微生物）的形成。由一系列在多核苷酸基因系统控制下的代谢反应序列提供给多核苷酸复制及蛋白质合成等所需的能量。比较简单的、原始的微生物是进行化学自养或异养，比较复杂的微生物是进行光合作用的原核细胞生命。原始细胞的三个最基本的要素：一是有一个生物大分子的自我复制系统；二是形成简单的遗传密码体系，能将自身蛋白质的合成纳入核酸自我复制体系之中；三是出现了原始生物膜，形成的了分隔，使生命的内部环境和外部环境分隔开来，这三个要素缺一不可。真核细胞的进化基础迄今所知最古老的真核生物化石已有近21亿年的历史，许多科学家推测，最早的真核生物可能早在30亿年前就出现了。在此前原始地球上的生命主要是厌氧性微生物，在他们种群数量不多增加的同时，由于现有能量的限制，他们迫切的需要进化成为更完备的结构。3注：①A,原始病毒从古原核细胞中逃逸B,原始病毒侵染古原核细胞C,质膜包裹DNA形成细胞核D，原始古核细胞被古真核细胞吞噬E,古原核细胞被古真核细胞吞噬F,5次地球生命大灭绝“真核细胞起源”的内共生学说随着生物学的发展，围绕着真核细胞的起源问题，已有较丰富的资料，并形成了多种学说因而有必要作一简要的介细。目前，围绕着真核细胞起源问题，主要有两种学说——内共生学说和经典学说(即内陷说，内膜扩张说)。但从现有的资料来看，内共生学说有它更多的合理性，更受到学术界的支持。真核细胞起源的学说论述第一，原核细胞和真核细胞在结构上是不连续的。第二，在生理上，线粒体和叶绿体都具有半自主性。第三，在结构上，线粒体和叶绿体在很多方面类似于细胞和蓝藻。第四，线粒体和叶绿体与原核生物具有一系列明显相似的功能。第五，真核生物与原核生物、叶绿体和线粒体的tRNA不同在真核细胞中，同时存在着细胞质、线粒体和叶绿体三相不同的tRNA，还存在着三组不同的氨基酰tRNA合成酶。三者的tRNA甲基化酶也不同。第六，叶绿体中许多代谢途径与细胞质中的不同，而与蓝藻的相似，如酪氨酸、脯氨酸等的合成途径。第七，胞内共生现象，在自然界中相当普遍。生物进化是指生物的某一种群在一定历史时期内形成的遗传变异的积累和表型特征的改变。“进化”一词来源于拉丁文evolutio，原义为“展开”，一般用以指事物的逐渐变化、发展，由一种状态过渡到另一种状态。1762年，瑞古原核细胞原始病毒原始古核细胞（原始古细菌）古真核细胞共生细胞真核细胞原核细胞现代病毒古核细胞（古细菌）ABCDFE4士学者邦尼特最先将此词应用于生物学中。现代进化生物学理论将种和种以上类群的进化称为宏观进化，而将无性繁殖系和有性生殖种群在遗传组成上的微笑改变称为微观进化。生物进化的基本单位是种群而非个体。地球生命的一大特点是统一性与多样性并存，整个生物界是即连续又不连续。从最简单的单细胞生命，到复杂的高等动植物，不同物种之间都或多或少相似，例如绝大多数生物有大体相似的细胞结构，相同的遗传密码，相似的代谢途径，等等，这证明它们之间存在着或近或远的亲缘关系。物种是生命存在的基本形式，体现了生物界统一性中的多样性，连续性中的不连续性，不稳定中的相对稳定。种群是生活在同一生态环境中能自由交配和繁殖的一群同种个体，其组成成员的全部基因综合称为该种群的基因库。种群在长时期的进化过程中遗传组成上必然发生变化，这种变化就是微观变化。在自然因素的影响下，基因频率会发生改变，但是只要这些因素不继续发生作用，经过一段时间的调整即可再次大道东平衡，而后平衡后的群体又会因某种因素导致不平衡。因此，自然界中平衡是相对的，不平衡是绝对的。1．非时向的物种概念：现代生物分类学家只对现在存活的生物进行分门类别，而不涉及目前的物种曾是由于那些原始演化而来的，更不涉及那些历史上曾经存在过而现在已灭绝的物种。2．时向钟概念：与非时向的物种概念不同，如考虑时间向度，识别和区分物种需要另一些标准和定义，因为物种是随着时间而进化改变的，一方面是同一物种表型的连续改变，另一方面是种内分异，形成两个或多个分类群。物种的形成在生物进化中有重要意义，具体有一下几点：（一）、物种形成是生物对不同生存环境适应的结果生物生存的环境具有变化性和异质性。环境随时间的变化导致生物的适应进化，环境在空间上的异质性导致生物的分异（性状分歧），分歧的结果是不同类型的生物，即物种的形成。不同的物种适应不同的局部环境，不能设想有能够适应各种不同环境的一种生物。各种生物在进化过程中不断分化，歧异产生更多的物种意味着也能够占领更多的生存环境，生物的不连续性是生物对环境的不连续性（异质性）的适应对策。5（二）、物种间的生殖隔离保证了生物类型的稳定性物种在种间生殖隔离的存在下能保持物种相对稳定的基因库，没有种间的生殖隔离就会使已获得的适应因杂交而溶化丢失。所以物种的存在使得生物及保持遗传的相对稳定，又使进化不致停滞，保持进化的不可逆性，成为进化的基本途径。（三）、物种是生物进化的基本单位物种具有可变化性以适应环境的变化，但这只是相对的，一个物种不能永远适应变化着的环境。当环境变化的速度范围超出原有物种的适应能力，灭绝就会发生，这时新的环境也有待新的物种去占领。生态系统也要适应环境的变化，物种的更替（种形成和灭绝）和种间生态关系的改变可以使生态系统适应变化的环境，生物与环境之间从不平衡又达到新的平衡，从而推动整个生物界的进化。在这种宏观大进化的过程中每一步都是由物种进化所推动，物种是小进化的终点，同时又是大进化的起点，所以说物种是生物进化的基本单位。（四）、物种是生态系统中的功能单位不同的物种因其不同的适应特征而在生态系统中占有不同的生态位。因此，物种是生态系统中物质与能量转移和转换的环节，是维持生态系统能流、物流和信息流的关键。在我看来，生物的进化应该以群落为单位，也成为宏观进化。生物的进化主要包括复化式进化、特化式进化、简化式进化。宏观进化型式是指一定时间内，一组线系进化、种形式和灭绝过程所表现出来你的谱系特征。达尔文学说和现代综合进化论所主张的渐变式认为生物进化的速度是匀速的、渐进的，线系渐变式进化的主流，而艾德里奇和戈尔德主张的渐变形式则认为生物进化的速度不是匀速的、渐进的，而是渐进与跃进交替的进化过程，渐变形式的变异在总变异量中所占比例很小。生物进化过程中表型发生改变的趋向即为进化趋势，即包含了线系进化趋势，又包含了谱系进化趋势。生物进化是不平衡的，主要表现在生物的生理结构、机能发展的不平衡和生物进化速度的不平衡。生物进化趋势是由简单到复杂，由一般而分化的，其发展过程被许多中间过渡类型所连接。环境变化对进化的推动作用：6最开始是基因的突变。随机的。但突变的基因只有适合环境的才能易于传递。也就是说环境主导了基因频率的变化方向。所以多样的环境导致了生物的多样性。进化，也就是基因的定向改变，当然是往更适合环境的方向走了~。生命在海洋中生，在海洋中发展壮大。在4亿多年前的志留纪，水域中的生物千姿百态，热闹非凡，植物已发展到大海藻，动物发展到低等的脊椎动物鱼类。而陆地上的生命却十分罕见，几乎到处是童山秃岭，一片荒凉。末期，由于地壳剧烈运动，地球表面普遍出现了海退现象，不少水域变成了陆地，有的海底崛起了高山。沧海巨变，对水中的生物产生了巨大的影响。生存之理在于适应环境，适者生存，如何进化出适应环境的特征，各种生物各有策略。生物生存与环境的关系必不可分，在生命史中，生命由原始的单细胞生物想多细胞发展，仅脊椎动物而言又由完全水生的鱼类向水路两生的两栖动物直到完全陆生的哺乳动物发展，生物进化存在着某种趋势，环境就是生物进化的推动力。从环境生物学上分析，环境的改变是一个漫长而有持久的过程，由生命史的进程以及而今沙漠化的现象可观，地球环境有海洋到陆地，由潮湿到干燥，这是必然趋势。另外人类是进化还是灭亡也是迟早要选择的问题。现代化的进程及人类活动加快了这一种趋势，怎样使人类以及生物界更长远地发展，这是我们现代人值得深思的问题1.生存策略之——竞争生活在同一区域的两个物种如果利用相同的资源，它们便形成了竞争关系。阳光、水分、空间和营养物质等都是植物的资源，食物、水分和空间可以是动物的资源。由于对资源不平等的利用，两个物种竞争的结果会导致竞争利用资源能力较弱的物种种群数量下降，激烈的竞争甚至可导致一个物种从该区域完全被排除。2.生存策略之——捕食捕食是群落中普遍存在的种群间的一种相互关系。捕食包括动物猎食动物，被捕食者常常被杀死，广义的捕食还包括动物吃植物，大多数情况下植物仍然存活并可继续生长。自然界通过种群间的捕食关系，调节这一些种群的数量，捕食者与被捕食者数量往往存在这相互制约的反馈关系，也促进了捕食者与被捕食者的协同进化。3．生存策略之——共生7其是另一类种群间互利的互相关系，这种互利的关系被固定以后，如果失去一方，另一方便不能生存。4.生存策略之——寄生其指一种生物生存于另一种生物的体内或体表并从中获利。寄生的结果可以导致被寄居的另一方受害并死亡，也可以导致受